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2016-11-30
專題報導》科教中心執行國際教育成就調查 臺灣學生數學、科學成就高
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師大科學教育中心主任張俊彥。
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國際教育成就調查 只有4年級科學學習興趣較高

國立臺灣師範大學科學教育中心執行分析我國參與2015國際數學與科學教育成就調查結果,11月29日公布,雖然四年級學生在數學和科學的落後人數明顯減少,但八年級學生的城鄉差距卻微幅上升,鄉村學生落後的人數是都市的2至3倍。值得注意的是,學生對四年級數學、八年級數學及科學表現出「不喜歡」、「沒自信」 和「認為不重要」的態度,呈現「高成就、低興趣」的狀況。

教育部、科技部與教育成就評鑑國際協會(IEA)同步公告「國際數學與科學教育成就趨勢調查(TMISS)2015」調查結果,該計畫每4年針對參與國家或地區的四年級與八年級學生進行數學和科學的教育成就調查,。

根據2015年調查發現,臺灣學生的表現大致持平,四年級學生的數學和科學成就分列第4、6名,和2011年調查一致,八年級學生數學和科學成就排名第3,數學排名和2011年一致,科學成就比2011年下滑1名。

計畫主持人、臺灣師範大學教授張俊彥表示,四年級數學和科學的落後人數比率略為減少,從7%、15%下降到5%、12%,但八年級學生落後人數比率和上次調查差異不大。

城鄉差距方面,四年級學生在數學和科學學習成就的城鄉差距縮小,下降幅度達29%,但八年級學生在數學與科學的城鄉差距則呈現微幅上升,而八年級在鄉村的落後學生人數約為都市的2至3倍,城鄉差距比四年級嚴重。

學習興趣方面,調查顯示,學生對四年級數學、八年級數學和科學的學習興趣不高,四年級數學學習興趣在49國中排名48,八年級數學學習興趣在39國中排35,八年級科學學習興趣在29國中排27,僅四年級科學學習興趣較高,在47國中排名20。

日、韓類似 只有星國能兼顧

張俊彥說,類似學習熱情與智識的增長無法兼得並非台灣所獨有,歷屆TIMSS調查都顯示,高成就表現國家的學生傾向有較低的學習熱情和趨勢,但仍有少數成就表現優異的國家,如新加坡學生的學習熱情能夠保持接近於國際平均的水準,值得我國借鏡。

教育部次長林騰蛟表示,台灣在四年級數學和科學落後人數都有下降,顯示過去教育部投入補救教學、偏鄉教育有成效;至於高成就、低興趣的狀況,包括日本、韓國都有類似狀況,未來要透過探究式教學、實作體驗等來提升學習興趣。

此份TMISS成就測驗於2015年5月14日至6月5日實施,臺灣的四年級學生有效樣本數為4291份,八年級學生有效樣本數為5711份。

附件:

科教中心歷年執行TIMSS經驗

TIMSS系列調查每四年舉辦一次。我國從TIMSS 1999起正式參加TIMSS調查,至今已連續參加過五次。過去的每次調查都是由臺灣師範大學科學教育中心負責執行。

事實上,在參與TIMSS 1999之前,我國曾於1987年5月經IEA同意,使用SIMS和SISS的測驗材料在我國施測 (不是正式參加)。該次調查即由臺灣師範大學科學教育中心負責執行。

計畫團隊以臺灣師大理學院研究人員為主要班底,並結合新竹教育大學的研究人員組成研究團隊。TIMSS 2011計畫團隊,包括計畫主持人、臺灣師大科學教育中心暨科學教育研究所張俊彥教授、臺灣師大科學教育中心任宗浩副研究員、李哲迪助理研究員、數學系曹博盛副教授、科學教育研究所楊文金教授、新竹教育大學應用數學系林碧珍教授、教育系張美玉教授。

此計畫涉及約1萬名學生。本計畫在翻譯題本和問卷、批閱非選擇題作答、和資料輸入上需要大量人力支援與調度。為準備學生的測驗材料需要足夠的空間配置和運用。針對執行過程,計畫團隊發展了許多執行計畫的工具、程序和技術手冊,也對大型調查的研究方法和資料分析技術逐步累積了寶貴的經驗和知識。例如:在執行TIMSS 2011時,為了有效地執行非選擇題閱卷和題本資料鍵入,本團隊發展了一套TIMSS線上資料輸入系統(TIMSS Online Data Entry System, TIMSS ODES)。為使TIMSS計畫所蒐集到的資料能發揮更大的效益,目前正在開發答對率查詢系統,以供教師和研究人員瞭解我國四和八年級學生在數學和科學試題上的答題表現。本計畫每次計畫結束後都會出版國家報告,以供各界瞭解TIMSS調查結果,並供教育政策制訂參考。

完整分析結果報告如下:

我國參加教育成就評鑑國際協會(The International Association for the Evaluation of Educational Achievement,簡稱IEA)主辦,針對四和八年級學生所實施的「國際數學與科學教育成就趨勢調查2015」(Trends in Mathematics and Science Study 2015,簡稱 TIMSS 2015)結果出爐。我國學生數學與科學學科成就表現傑出;我國四年級學生的數學和科學平均成就分別排名第四和第六;八年級學生的數學和科學平均成就排名皆為第三。此成就表現反映了我國中小學教師和社會各界對數學與科學教育關心和努力的成果。不過,相較於東亞他國,我國學習落後人數比偏高。此外,相較於國際上其他國家,我國學生對數學與科學學習的態度不佳。我國學生除對四年級科學學習保有學習熱情之外,對四年級數學、八年級數學和科學之學習表現出「不喜歡」、「沒自信」和「認為不重要」的態度。學生的學習熱情與智識的增長是否真的難以兼得?對此議題,此次調查結果也指出了我國數學與科學教育未來可努力的方向。

IEA自1995年開始辦理TIMSS計畫,該計畫每隔四年針對參加國家或地區四年級與八年級學生抽樣,進行數學與科學的教育成就調查。我國曾參加1999年、2003年、2007年及2011年的TIMSS調查工作,此為第五次參與調查。TIMSS 2015的成就測驗與問卷調查於2015年5月14日至6月5日實施,作業與調查方式均依照標準流程與國際同步進行。我國參與此次調查之有效樣本為4, 291位四年級學生和5,711位八年級學生。

成就表現傑出,維持水準

本屆調查結果顯示,我國、新加坡、日本、韓國以及香港等東亞國家,一如以往,兩個年級的數學和科學成就均名列前茅。我國四年級學生數學平均成就的國際排名為第四名,與東亞五國同列前五名;第五名的日本與第六名的北愛爾蘭相差達23分。我國八年級學生數學平均成就的國際排名為第三名,與第二名的韓國沒有顯著差異(本文所有統計檢定之顯著水準皆為 .05),東亞五國最後一名的日本與第六名俄羅斯相差達48分。我國四年級學生科學平均成就的國際排名為第六名,與第五名的香港沒有顯著差異。我國八年級科學平均成就的國際排名為第三名,與第二名的日本沒有顯著差異。

跟2011年的調查結果相比,我國四年級學生的數學平均成就有顯著進步;八年級學生的數學平均成就雖有顯著下降,但與2007年的平均成就沒有顯著差異;四和八年級學生的科學成就則沒有顯著差異。

在數學與科學分科的成就表現上,我國四年級學生在數學的數、幾何圖形與測量、資料呈現等三科的平均成就排名都在五名之內,八年級學生在數學的數、代數、幾何、資料與機率等四科的成就表現排名也在五名之內。我國四年級學生在科學的物質科學、地球科學等兩科的成就表現排名分別為第四和第六名,但生命科學的成就表現則排名為第11名。我國八年級學生在科學的生物、化學、物理、地球科學等四科的成就表現排名皆在四名之內。

我國四年級學生在生命科學表現較差是因為生命科學的試題中約有四分之一屬於我國小學高年級的教學範圍。生命科學的內容較為具體而且切身,因此各國在小學中低年級的比重較高。TIMSS 2015四年級科學試題中生命科學、物質科學和地球科學的比重為45%、35%和20%。在小學課程修訂與規劃時,此調查結果可供參考,以研議是否調整我國四年級自然科學各科內容的比重。

我國學習落後人數比與東亞他國相比,仍然偏高

根據我國學生的成就表現,對我國學生而言,「學習落後」定義為學習成就低於中級國際基準點(475分)。跟東亞其他國家相比,在八年級數學、以及四和八年級科學,我國落後學生比例有偏高的問題。

為使成就分數具有實質的學力意涵,TIMSS訂有優級、高級、中級和初級四個學習成就的國際基準點。以中級國際基準點作為我國學生學習成就的基礎成就線,在四年級數學、八年級數學、四年級科學、八年級科學,我國學習落後人數比分別為5%、12%、12%、14%。跟整體教育成就同樣優異的東亞其他四國相比,我國八年級數學和四年級科學的學習落後人數比是最高的,我國八年級科學的學習落後人數比雖非最高,但跟同為15%而為最高的香港和韓國沒有顯著差異。

從2011至2015年,我國四年級數學和科學的落後人數比有顯著下降,分別從7% 和15%下降為5%和12%;我國八年級數學和科學的落後人數比則沒有顯著變化。至於東亞其他四國,在四年級方面,日本學生的數學和科學成就從2007至2015年有大幅下降,分別從11%和14%下降為5%和7%,下降了一半。在八年級方面,香港和新加坡學生的數學和科學成就從2007至2015年有持續下降的趨勢;香港分別從15%和23%下降為8%和15%;新加坡分別從12%和20%下降為6%和10%。

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八年級教育成就之城鄉差距比四年級嚴重

從2011至2015年,我國四年級數學與科學成就城鄉差距縮小,八年級數學與科學成就城鄉差距微幅上升。我國八年級數學與科學成就城鄉差距比四年級嚴重。鄉村八年學生數學和科學學習落後人數比是都市的2至3倍。

比較我國都市(人口在50萬以上)和鄉村(人口在5萬以下)學生的平均教育成就,四年級數學、八年級數學、四年級科學和八年級科學成就的差距分別為25分、64分、25分和52分;在2011年,都市和鄉村間的差距則分別是34分、61分、35分和46分。從2011至2015年,四年級數學和科學的都市和鄉村間差距有下降趨勢,下降幅度達29%;八年級數學與科學的都市和鄉村間差距則是微幅擴大。

若按學習落後人數比來觀察城鄉教育差距,從2011至2015年鄉村學生的四年級數學和科學的落後人數比有顯著下降,而八年級數學與科學的落後人數比則有上升,但沒有顯著差異。從2003至2015年,在八年級數學和科學成就上,鄉村的落後人數比是都市的2至3倍。

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我國學生僅對四年級科學保有學習熱情

除了教育成就調查,TIMSS另有學生問卷,以瞭解學生對科學與數學學習的相關態度,包含:學習興趣(喜愛學習的程度)、學習自信與對學科的評價等。我國學生成就表現雖然良好,但在情意層面上,除了對四年級科學還保有學習熱情與自信,對四年級數學、八年級數學和科學則顯現出疏離的態度。

在學習興趣上,我國四年級有58%的學生非常喜歡學習科學,略高於56%的國際平均,在47個國家中排名第20;非常喜歡學習科學的人數百分比在八年級大幅下降,僅有18%,在同為統整課程的29個國家中排名第27。四年級與八年級學生的數學學習興趣都不佳,非常喜歡學習數學的人數百分比遠低於國際平均。我國四年級學生非常喜歡數學的人數百分比在49個國家中排名第48;八年級學生非常喜歡數學的人數百分比在39個國家中排名第35。

我國學生數學和科學學習自信國際比較的結果和學習興趣類似。除四年級學生對科學學習有自信的人數百分比接近國際平均外,四年級學生對於數學、以及八年級學生對於數學和科學持有學習自信的人數百分比均顯著低於國際平均。

在東亞其他國家中,新加坡學生的學習興趣表現較佳。其四年級和八年級喜愛學習科學的學生人數百分比為56%和38%,都與國際平均相近。喜歡學習數學的四年級學生百分比為39%,是東亞五國最接近國際平均的國家;喜歡學習數學的八年級學生百分比為24%,稍高於國際平均。

針對數學和科學的評價,TIMSS僅調查了八年級學生。參與調查的國際全體八年級學生非常重視數學和科學的人數百分比分別是42%和40%,我國分別是10%和11%,遠低於國際平均;新加坡則分別是34%和37%。我國非常重視數學的人數百分比在39國中排名第39,非常重視科學的人數百分比在39國中排名第38。

以國家作為分析單位,TIMSS的結果顯示各國的成就表現和情意態度是負相關;也就是說,學習熱情與智識的增長無法兼得此一情況並非我國所獨有。雖然如此,仍然有部分國家(如:新加坡),學生的成就表現優異,而學習熱情還能保持接近於國際平均的水準。這些國家的教育措施值得我國借鏡。

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有助培養數學與科學學習熱情的教學方式

學生對學習的態度影響其成就表現,也影響其未來的學習、心理的發展和職業的選擇,而其態度則受教師的教學所影響。此次TIMSS調查顯示,對於我國的四年級和八年級學生而言,教學越能促成學習投入的程度、越常實施科學探究活動、課堂協同學習的氣氛越好,學生的學習興趣和學習自信都會越佳。

TIMSS調查同時也顯示我國從四年級到八年級,在上述三種特徵的課堂下學習的學生比例有顯著的下降。在四年級數學課堂中,學生認為教師之教學「非常能」促成其學習投入的人數百分比有51%,在八年級數學課堂中卻僅有23%抱持相同的觀感。科學課堂之情況與數學類似;四年級學生認為科學教師「非常能」促成其學習投入的百分比為58%,八年級僅有21%。在科學課堂中,教師對科學探究活動的重視程度,從四年級到八年級大幅下降;協同學習氣氛亦同;認為科學課堂中有良好協同學習氣氛的人數比例,從四年級的82%下降至八年級的34%。此結果雖然顯示從培養學生學習興趣和學習自信的角度,目前八年級的數學和科學課堂並不理想,但也顯示了可以努力的方向和可進步的空間。

此外,TIMSS針對八年級學生詢問了他們的回家作業量,結果顯示回家作業量跟學生的科學和數學學習興趣也有關係。作業時間每週超過3小時之學生,其數學或科學學習興趣顯著較低。

根據上述教學方式跟我國學生學習興趣和自信之相關分析的結果,為提高學生學習熱情,建議教學應提高促成學習投入的程度、多採用探究活動、建立良好的協同學習氣氛,而家庭作業之指派應適量。此調查結果可做為師資培育與教學實務之參考。

與他國相比,我國四年級數學授課時數偏低

在課程安排上,TIMSS調查顯示,除了前述四年級生命科學的比重,我國與其他國家不同之外,在四年級數學的授課時數上,我國也與他國有較大的差異。

我國四年級數學的每年平均授課時數為128小時,在48個國家中排名第36;八年級數學為160小時,在39個國家中排名第5。我國八年級數學的授課時數多於四年級數學。相反地,東亞的香港、日本和新加坡都是四年級數學的授課時數較多。新加坡四年級數學的每年平均授課時數高達201小時,比我國四年級數學多出57%的時數。

四年級數學時數較多的安排有助於認知發展速度較慢的學生學習。在小學階段,學生認知發展速度差異較大,發展速度慢的學生需要較多的時間學習。此外,讓中低年級學生有較多時間想一想數學,體驗和探究數學,跟數學建立關係,對於提高數學的學習興趣和自信也有幫助。

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結論

根據TIMSS 2015調查結果,歸納六項重要發現如下:
一、我國四年級和八年級學生的數學和科學成就表現傑出,維持水準。四年級生命科學之表現相對較差,原因可能與我國小學課程安排有關。
二、相較於表現優異的東亞四國,我國落後學生人數比偏高。
三、我國八年級數學與科學成就城鄉差距比四年級嚴重。大部分的落後學生是在鄉村和城鎮。
四、相較他國,我國學生僅對四年級科學保有學習熱情,對四年級數學、八年級數學及科學表現出「不喜歡」、「沒自信」和「認為不重要」的態度。
五、促成學習投入、探究活動、良好的協同學習氣氛和適量的回家作業可能有助於培養學生數學與科學的學習熱情和自信。
六、相對於他國,我國四年級數學的授課時數偏低。
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